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为解决传统储能材料容量低、稳定性不足等问题，研究人员合成 NiO-CoS 异质结构纳米带，探究其电化学性能。结果显示，LIB 半电池 0.1C 下容量达 988 mAh g?1，SIB 循环稳定，超级电容器能量密度 134 Wh kg?1，为储能技术应用提供新方向。
随着可再生能源的快速发展，高效储能技术成为实现能源可持续利用的关键。锂离子电池（LIBs）虽已广泛应用于消费电子和电动汽车，但传统石墨负极理论容量低（372 mAh g?1）且存在安全隐患，同时锂资源分布不均导致成本攀升。钠离子电池（SIBs）因钠资源丰富、电化学特性与 LIBs 相似，成为电网储能等领域的潜力替代技术，但电极材料性能仍需提升。超级电容器虽功率密度高、循环寿命长，却面临能量密度不足的问题。在此背景下，融合高能量密度电池与高功率密度超级电容器优势的 “超级电容器电池（supercapattery）” 成为研究热点，而开发高性能电极材料是突破储能技术瓶颈的核心。
来自印度中央电力研究所（Central Power Research Institute, CPRI）和本地治里大学（Pondicherry University）的研究人员针对上述问题，开展了 NiO-CoS 异质结构纳米带的合成及其在 LIBs、SIBs 和超级电容器电池中的应用研究，相关成果发表于《Journal of Colloid and Interface Science》。该研究通过简单的水热法制备异质结构电极，利用转化 / 再转化反应机制提升储能性能，为多场景储能应用提供了新思路。
研究采用的主要技术方法包括：通过成本效益高的水热法合成 NiO-CoS 异质结构纳米带；利用 X 射线衍射（XRD）表征材料晶体结构；借助循环伏安法（CV）、恒流充放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）系统评估电极在 LIBs、SIBs 和超级电容器电池中的电化学性能；通过原位 XRD 分析充放电状态下的电极结构变化，验证转化 / 再转化反应机制；采用 Dunn 分析方法探究三种体系中电容性和扩散驱动的电荷存储贡献。
一、NiO-CoS 异质结构的合成与表征
研究人员将硝酸镍、硝酸钴按比例溶于水和乙醇混合溶液，加入硫代乙酰胺搅拌均匀后，在 180℃水热条件下反应 12 小时，成功合成 NiO-CoS 异质结构纳米带。XRD 分析证实，该材料的特征峰与 NiO（JCPDS #44–1159）和 CoS（JCPDS #75–0605）标准卡片高度吻合，其中 NiO 在 2θ 为 38°、42.5°、62° 处出现（101）、（012）、（110）晶面衍射峰，CoS 则在 31°、36.4°、50°、54° 处呈现特征峰，明确了异质结构的形成。
二、在锂离子电池中的性能表现
在 LIB 半电池测试中，NiO-CoS 异质结构电极展现出优异性能。在 0.1C 电流密度下，其比容量高达 988 mAh g?1，且具有良好的倍率性能和长期循环稳定性。基于该电极组装的全电池（NiO-CoS|1 M LiPF?|NMC811）放电容量达 148 mAh g?1，可连续驱动商用 LED 灯泡数小时，验证了其实际应用潜力。原位 XRD 分析表明，电极在充放电过程中发生可逆的转化 / 再转化反应，这是容量提升的关键机制。
三、在钠离子电池中的性能表现
对于 SIBs，NiO-CoS 异质结构电极同样表现出色。在 0.1C 倍率下，半电池比容量达 400 mAh g?1，且循环耐久性显著，库仑效率接近理想值。这得益于异质结构带来的结构完整性提升和电荷转移动力学增强，有效缓解了钠离子嵌入 / 脱出过程中的体积膨胀问题，确保了长期循环稳定性。Dunn 分析显示，其电荷存储由电容性和扩散驱动共同控制，进一步优化了电化学性能。
四、在超级电容器电池中的性能表现
研究人员组装了 aqueous 超级电容器电池装置（NiO-CoS|1 M KOH|rGO），该装置循环稳定性优异，经过 10,000 次循环后性能仍保持稳定，同时实现了 134 Wh kg?1的高能量密度和 1200 W kg?1的高功率密度。这归因于 NiO 的高理论容量、CoS 的高导电性以及异质结构带来的协同效应，既提升了 redox 活性，又加快了电荷转移速率，成功融合了电池和超级电容器的优势。
研究结论与意义
本研究成功合成的 NiO-CoS 异质结构纳米带在 LIBs、SIBs 和超级电容器电池中均展现出卓越的电化学性能。其核心优势在于：一是通过一步水热法直接合成，工艺简单且成本低；二是独特的纳米带形貌缩短了离子扩散路径，内置电场促进电荷分离，优化了反应动力学；三是转化 / 再转化反应机制和电容性 - 扩散协同存储模式提升了储能容量和稳定性。
该研究不仅为高性能储能电极材料的设计提供了新策略 —— 通过氧化物 - 硫化物异质结构整合不同材料优势，还为多场景储能应用提供了实际可行的解决方案。无论是高能量需求的 LIBs、低成本的 SIBs，还是兼顾功率与能量的超级电容器电池，NiO-CoS 异质结构都显示出巨大潜力，有望推动下一代储能技术的发展与应用。
